4. lecke. Az aktív kerékfelfüggesztés mechatronikája

Az aktív kerékfelfüggesztések általános mechatronikai rendszerének megismerése.

A hallgató legyen képes
- saját szavaival elmondani, mi az aktív kerékfelfüggesztési rendszer célja,
- fel tudja sorolni az aktív kerékfelfüggesztés mechatronikai rendszerének elemeit,
- felsorolásból kiválasztani az aktív kerékfelfüggesztés bemeneti jellemzőit,
- ábra alapján megadni az aktív kerékfelfüggesztés elemeinek járműbeli helyét,
- ábra alapján elmagyarázni a motoros állítású hidropneumatikus rugóelem működését,
- elmagyarázni a különbséget a kerekenkénti hidraulikus szivattyúval, illetve a központi hidraulikával ellátott rendszerek működése között.

A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.

- aktív kerékfelfüggesztés,
- bemeneti jellemzők.

A futómű csak magas szinten, a teljes járműrendszerekkel együtt képez egységes mechatronikai rendszert. Az egyszerűbb autókban egyes futómű részek mechatronikai egysége működik akár önállóan, akár egy nagyobb rendszerbe tagolva. A legegyszerűbb autókban a futómű a sebességváltóhoz hasonlóan nem mechatronikai rendszer.
Egyszerű mechatronikai rendszerek a futóműben:
A futómű főegység rendszerei:
Teljes jármű rendszer:
ESP= Electronic stability Program, gyakran kicsúszás-gátlóként említik, sokféle márkanévvel került forgalomba:
Más elnevezések:
Tevékenység:
jegyezze meg, mi az aktív kerékfelfüggesztés feladata!
„Az aktív kerékfelfüggesztéssel egy sajnálatos ellentmondást igyekeznek elektronikus szabályozással áthidalni. Az a futómű ugyanis, mely lágy rugózású, kényelmes, sajnos nem biztonságos. A nagy menetbiztonságú kerékfelfüggesztéssel viszont a legnagyobb jóindulattal sem mondható kényelmesnek az utazás. Az elektronika a menetviszonyoknak megfelelően az érzékelőktől érkező információk alapján automatikusan változtatja a lengéscsillapító és a rugó karakterisztikáját. Gyakran automatikus szintszabályozással is kombinálják. Az aktív
kerékfelfüggesztés nagymértékben növeli a gépkocsi menetstabilitását, de költséges megoldás.” Forrás: www.gbi.bgk.bmf.hu/oktatas/segedanyagok/.../Kozlek3.doc
Tevékenység:
jegyezze meg, mik az aktív kerékfelfüggesztés bemeneti jellemzői!
A menetstabilitás növelését egy szabályzó rendszer valósítja meg, amelynek bemeneti jellemzői:
jegyezze meg, mik aktív kerékfelfüggesztés mechatronikai rendszerének elemei!
Az aktív kerékfelfüggesztés mechatronikai rendszerének elemei:
Tevékenység:
Jegyezze meg az aktív kerékfelfüggesztés szabályzási blokkdiagramját; rajzolja le az ábrát, és magyarul írja be a megnevezéseket!
Jegyezze meg, hogy a járművezetői aktivitásból adódóan milyen adatokat használ fel a rendszer!
Ennek megfelelően az aktív felfüggesztés elemei:

1.ábra Aktív kerékfelfüggesztés szabályzás
Aktív kerékfelfüggesztés szabályzási rendszer:
Egyszerű mechatronikai rendszerek a futóműben:
- gumiabroncsnyomás-érzékelő,
- kerékterhelés-mérő.
A futómű főegység rendszerei:
- aktív felfüggesztés (rugózás-lengéscsillapítás),
- fékberendezés,
- kormányberendezés.
Teljes jármű rendszer:
ESP= Electronic stability Program, gyakran kicsúszás-gátlóként említik, sokféle márkanévvel került forgalomba:
- a GM StabiliTrac-nek nevezi,
- a Ford AdvanceTrac néven forgalmazz,
- a Chrysler it Electronic Stability Programnak nevezi (ESP).
Más elnevezések:
- Vehicle Dynamics Control (Subaru),
- Dynamic Stability Control (Volvo),
- Vehicle Stability Assist (Honda),
- Vehicle Stability Control (Toyota). E
- lectronic stability control (ESC),
- Roll (borulás) Stability Control (RSC).
Tevékenység:
jegyezze meg, mi az aktív kerékfelfüggesztés feladata!
„Az aktív kerékfelfüggesztéssel egy sajnálatos ellentmondást igyekeznek elektronikus szabályozással áthidalni. Az a futómű ugyanis, mely lágy rugózású, kényelmes, sajnos nem biztonságos. A nagy menetbiztonságú kerékfelfüggesztéssel viszont a legnagyobb jóindulattal sem mondható kényelmesnek az utazás. Az elektronika a menetviszonyoknak megfelelően az érzékelőktől érkező információk alapján automatikusan változtatja a lengéscsillapító és a rugó karakterisztikáját. Gyakran automatikus szintszabályozással is kombinálják. Az aktív
kerékfelfüggesztés nagymértékben növeli a gépkocsi menetstabilitását, de költséges megoldás.” Forrás: www.gbi.bgk.bmf.hu/oktatas/segedanyagok/.../Kozlek3.doc
Tevékenység:
jegyezze meg, mik az aktív kerékfelfüggesztés bemeneti jellemzői!
A menetstabilitás növelését egy szabályzó rendszer valósítja meg, amelynek bemeneti jellemzői:
- a jármű terhelése,
- az útfelület és
- a járművezető cselekedetei.
jegyezze meg, mik aktív kerékfelfüggesztés mechatronikai rendszerének elemei!
Az aktív kerékfelfüggesztés mechatronikai rendszerének elemei:
- szabályzó egysége: egy számítógép,
- működtető egységei (aktuátorai): elektrohidraulikus szintállítók,
- jeladói: légrugó nyomásmérők, magasságmérő útadók, hossz- és keresztirányú gyorsulásmérők.
Tevékenység:
Jegyezze meg az aktív kerékfelfüggesztés szabályzási blokkdiagramját; rajzolja le az ábrát, és magyarul írja be a megnevezéseket!
Jegyezze meg, hogy a járművezetői aktivitásból adódóan milyen adatokat használ fel a rendszer!
Ennek megfelelően az aktív felfüggesztés elemei:

1.ábra Aktív kerékfelfüggesztés szabályzás
Forrás:Bo Gao Research PhD student, Dept of Mechanical Engineering University of Bath
- external influences: külső hatások (egyenetlen út, oldalszél, stb.)
- driver activity: gépkocsivezető tevékenysége
- load: terhelés
- braking pressure: fékezési nyomás,
- pedal position: (fék)pedál helyzet,
- speed: sebesség,
- steering input: kormánykerék elforgatás,
- air spring perssure: légrugó nyomás,
- ride height: kerékfelfüggesztés-magasság,
- body acceleration: kocsitest gyorsulás,
- vehicle reaction: jármű viselkedés.

Tevékenység:
az ábra alapján jegyezze meg az autóban lévő aktív kerékfelfüggesztés elemeinek nevét magyarul!

2.ábra Aktív kerékfelfüggesztés elhelyezkedése az autóban
Forás: sheffield.ac.uk
az ábra alapján jegyezze meg az autóban lévő aktív kerékfelfüggesztés elemeinek nevét magyarul!

2.ábra Aktív kerékfelfüggesztés elhelyezkedése az autóban
Forás: sheffield.ac.uk
Corner control units: járműhelyzet-jeladó rendszerek (útadók, itt optoelektronikus jeladók, a járműfelépítmény adott pontja és az útfelület közötti távolságot mérik)
Lateral, longitudinal accelerometers: hossz és keresztirányú gyorsulásmérők
Electric actuators with integral air spring: villamos aktuátorok légrugóval
Central controller: központi vezérlő (ECU)
Az ábra szerinti rendszer valósítja meg az előző ábrák szabályzását és kapcsolási diagramját.
Lateral, longitudinal accelerometers: hossz és keresztirányú gyorsulásmérők
Electric actuators with integral air spring: villamos aktuátorok légrugóval
Central controller: központi vezérlő (ECU)
Az ábra szerinti rendszer valósítja meg az előző ábrák szabályzását és kapcsolási diagramját.

Tevékenység:

3. ábra Aktív kerékfelfüggesztés aktuátor: motoros állítású hidropneumatikus rugóelem
Forás: sheffield.ac.uk
Compressed air=sűrített levegő
Operation oil=működtető (hidraulika) olaj
Accumulator=hidraulikus akkumulátor
Működése: a villamos motorral forgatott csavarorsó egy kettős dugattyút mozgat, amely emeli és süllyeszti a kerék feletti felépítmény pontot. Rugózó elem itt a sűrített levegő, amelynek nyomása a kettős dugattyún hozza létre a rugóerőt.
Ha a szivattyú nem a kerekeknél van, akkor vezérlő szelepekkel hozzuk létre az emelő/süllyesztő nyomást/térfogatáramot a hidropneumatikus rugóelemekben.

4. ábra Nyitott, központi hidraulikus táplálású aktív kerékfelfüggesztés vezérlési diagramja
(A kép nagyobb változatát itt találja!)
- Fogalmazza meg, hogy működik a motoros állítású hidropneumatikus rugóelem!
- Jegyezze meg, mi a különbség a kerekenkénti hidraulikus szivattyúval, illetve a központi hidraulikával ellátott rendszerek működése között!

3. ábra Aktív kerékfelfüggesztés aktuátor: motoros állítású hidropneumatikus rugóelem
Forás: sheffield.ac.uk
Compressed air=sűrített levegő
Operation oil=működtető (hidraulika) olaj
Accumulator=hidraulikus akkumulátor
Működése: a villamos motorral forgatott csavarorsó egy kettős dugattyút mozgat, amely emeli és süllyeszti a kerék feletti felépítmény pontot. Rugózó elem itt a sűrített levegő, amelynek nyomása a kettős dugattyún hozza létre a rugóerőt.
Ha a szivattyú nem a kerekeknél van, akkor vezérlő szelepekkel hozzuk létre az emelő/süllyesztő nyomást/térfogatáramot a hidropneumatikus rugóelemekben.

4. ábra Nyitott, központi hidraulikus táplálású aktív kerékfelfüggesztés vezérlési diagramja
(A kép nagyobb változatát itt találja!)
Az ábra jelölései:
Figyelje meg, hogy hidraulikus útváltóból és kerékfelfüggesztés-aktuátorból négy-négy szerepel az ábrán, a jármű négy kerekének megfelelően.
A hidraulika szivattyú megfelelő munkanyomás mellett biztosítja a szükséges térfogatáramot az aktuátorok működtetéséhez. Az ECU a bemeneti jellemzők alapján egyenként meghatározza az egyes aktuátorok nyomását és helyzetét, amivel tulajdonképpen a jármű kerékfelfüggesztést emeli ki, illetve engedi vissza.
- Engine = belsőégésű motor,
- Pump = hidraulika szivattyú,
- Fail safe valve unit = vészüzemmód szelep egység,
- Flow control valve = hidraulikus útváltó,
- Gas strut = aktív kerékfelfüggesztés aktuátor,
- Body acceleartion sensor = jármű gyorsulás jeladó (3D),
- Height sensor = magasság útadó,
- Pressure sensor = nyomás jeladó,
- Wheel speed sensor = kerék fordulatszám jeladó,
- Brake sensor = fék jeladó,
- Throttel sensor etc = e gáz jeladó és más motor jellemzők,
- ECU=elektronikus szabályzó egység
Figyelje meg, hogy hidraulikus útváltóból és kerékfelfüggesztés-aktuátorból négy-négy szerepel az ábrán, a jármű négy kerekének megfelelően.
A hidraulika szivattyú megfelelő munkanyomás mellett biztosítja a szükséges térfogatáramot az aktuátorok működtetéséhez. Az ECU a bemeneti jellemzők alapján egyenként meghatározza az egyes aktuátorok nyomását és helyzetét, amivel tulajdonképpen a jármű kerékfelfüggesztést emeli ki, illetve engedi vissza.

1. Fogalmazza meg, mi az aktív kerékfelfüggesztési rendszer célja!

2. Sorolja fel az aktív kerékfelfüggesztés mechatronikai rendszerének elemeit!

3. Jelölje meg, mik az aktív kerékfelfüggesztés bemeneti jellemzői!
A jármű terhelése. | |
A motor fordulatszáma. | |
A gumiabroncsok nyomása. | |
A sebességváltó aktuális fokozata. | |
Az útfelület jellemzői. | |
Gázpedál állása. | |
Sebesség. | |
A kormánykerék helyzete.
| |

4. Az ábra alapján adja meg a kerékfelfüggesztés egyes elemeinek helyét! Írja be a megfelelő számot a megnevezés mögötti mezőbe!

Villamos aktuátorok légrugóval:
Hossz és keresztirányú gyorsulásmérők:
Központi vezérlő:
Járműhelyzet-jeladók:

5. Az alábbi ábra alapján magyarázza el a motoros állítású hidropneumatikus rugóelem működését!


6. Magyarázza el a különbséget a kerekenkénti hidraulikus szivattyúval, illetve a központi hidraulikával ellátott rendszerek működése között!